duimnael|200px|regs|'n Waarskuwingsteken wat by storing of vervoer van springstowwe gebruik word duimnael|Kleinskaalse toetsontploffing 'n Springstof of plofstof is 'n substansie wat oor aansienlike opgebergde energie beskik, wat 'n ontploffing kan lewer, naamlik 'n skielike uitsetting van die materiaal weens ontbranding. Dit gaan gewoonlik gepaard met die vrystelling van lig, hitte, klank, en aanvanklik met toenemende druk. 'n Springstoflading is 'n afgeweegde hoeveelheid van sodanige substansie.
Die energie wat in die springstof vervat is, kan bestaan uit chemiese energie, soos bv. in nitrogliserien of graanmeel saamgepersde gas, soos dié in 'n gassilinder of aerosolkan kernmateriaal, soos reaktiewe isotope van uraan-235 en plutonium-239
Springstowwe kan in kategorieë verdeel word na gelang van die uitsettingstempo. Materiale waarin die reaksiefront vinniger as die spoed van klank in daardie materiaal self beweeg, detoneer en word hoë springstowwe genoem, terwyl materiale waarin die front stadiger as die klanksnelheid beweeg, deflagreer en lae springstowwe genoem word. Springstowwe kan verder onderverdeel word na gelang van hul sensitiwiteite. Sensitiewe substansies wat deur relatief min hitte of druk ontsteek kan word, staan bekend as primêre springstowwe en dié wat relatief onsensitief is, as sekondêre springstowwe.
Die beginsel van 'n ontploffing Die beginsel van 'n ontploffing is baie eenvoudig. Dit is gebaseer op die snelle en dramatiese uitsetting van gas. 'n Plofstof is 'n stof wat 'n skielike en baie hoë druk op sy omgewing kan uitoefen deur die blitssnelle omskepping van die stof tot 'n warm gas. Op die oomblik van die ontploffing neem die gas nog dieselfde ruimte in beslag as die plofstof, maar die hitte van die ontploffing laat dit uitsit. Die druk raak te groot vir die houer waarin die gas is, en dit skiet uitmekaar.
Plofstof word juis bo enige ander brandbare stof gebruik omdat dit teen 'n geweldige snelheid brand. Wanneer dit in 'n beperkte ruimte verkeer, moet die gasse wat deur die ontbranding veroorsaak word, eenvoudig uitbars. Twee van die belangrikste eienskappe van plofstowwe is: Hulle bevat 'n stof, of 'n mengsel van stowwe, wat in gewone, normale omstandighede onveranderd bly, maar 'n snelle chemiese verandering ondergaan sodra dit aan die brand gesteek word. Tydens hierdie verandering ontstaan gasse, waarvan die volume, by die hoë temperatuur wat met die ontploffing gepaard gaan, baie groter is as die van die oorspronklike stof.
Wanneer hierdie eienskappe in syfers uitgedruk word, gee dit 'n idee van die snelheid en omvang van ontploffings. Wanneer 'n plofstof ontbrand, kan die temperatuur van die gasse wat veroorsaak word, tot 6 000 °C styg, byna vier keer soveel as die 1 538 °C waarby yster smelt. Die gasse sit sodoende teen 'n geweldige tempo uit, tot 10 000 keer hul oorspronklike volume op die oomblik van ontbranding. Iets moet dus padgee. Wanneer plofstof in steengroewe gebruik word, word gate in die rots geboor en die plofstof daarin geplaas. In hierdie geval moet die rots dus padgee. Wanneer plofstof as aandrywingsmiddel gebruik word, gee die koeël, projektiel of vuurpyl pad deur vorentoe of boontoe te beweeg.
Die chemie van springstowwe 'n Chemiese springstof is 'n verbinding of mengsel wat 'n brandstof en 'n oksideermiddel bevat en wat sonder enige suurstof uit die omringende lug kan reageer. In 'n mengsel soos buskruit is die twee bestanddele afsonderlike stowwe – swael en houtskool as brandstof, salpeter as oksideermiddel – en die reaksietempo word beperk deur hoe vinnig hulle met mekaar in aanraking kan kom. In 'n hoë springstof soos TNT sit die brandstof en die oksideermiddel in dieselfde molekuul, en daarom word die ontbinding onvergelyklik vinniger voortgeplant.
Die suurstof in sulke molekules is meestal in nitrogroepe (–NO2) of nitraatestergroepe (–ONO2) opgesluit, en die meeste bekende springstowwe word deur nitrering van 'n koolstofhoudende stof met 'n mengsel van salpetersuur en swaelsuur berei: tolueen lewer TNT, fenol lewer pikriensuur, gliserien lewer nitrogliserien en katoen (sellulose) lewer nitrosellulose. Die stikstof-suurstofbindings is relatief swak, terwyl die stikstofmolekule (N2) wat by die ontploffing gevorm word, buitengewoon sterk gebind is; dit is hierdie verskil wat die groot hoeveelheid energie vrystel.
Dit is 'n algemene wanopvatting dat springstowwe besonder veel energie bevat. Per massa-eenheid is die teendeel waar: TNT stel sowat 4,6 megajoule (MJ) energie per kilogram vry, terwyl petrol se verbrandingswarmte ongeveer 46 MJ/kg is, dus tien keer soveel. Wat 'n springstof onderskei, is nie sy energie-inhoud nie maar sy drywingsdigtheid: dit stel sy energie binne mikrosekondes vry en het nie suurstof van buite nodig nie, sodat die drukgolf wat daardeur ontstaan, meganiese werk kan verrig wat geen brandstof kan lewer nie.
Die drukgolf By 'n detonasie word 'n skokgolf gevorm wat teen supersoniese snelheid deur die springstof self beweeg en daarna in die omringende lug, water of rots uitgestraal word. Die skade wat 'n ontploffing aanrig, is die gevolg van drie afsonderlike meganismes: die oordruk van die drukgolf, die versnelling van die medium (die "wind" agter die front) en die skerwe wat deur die golf weggeslinger word. Die oordruk neem vinnig met die afstand af, en die uitwerking van ladings van verskillende groottes word met behulp van skaalwette vergelyk.
Om ladings van verskillende samestellings te vergelyk, word hul uitwerking gewoonlik as 'n TNT-ekwivalent uitgedruk, dus die massa TNT wat dieselfde uitwerking sou hê. By hierdie omskakeling word die energie-inhoud van TNT vir gerief as presies 4,184 MJ/kg gedefinieer, wat die eenhede "ton TNT" en "megaton" lewer waarin die krag van onder meer kernwapens uitgedruk word.
Ontploffings sonder springstof Nie alle ontploffings behels 'n springstof nie. Wanneer 'n fyn brandbare stof soos graanmeel, steenkoolstof, suiker of aluminiumpoeier in die lug versprei is, kan die groot oppervlak van die deeltjies veroorsaak dat die hele wolk binne oomblikke verbrand – 'n stofontploffing, wat al talle meulens, graansilo's en fabrieke verwoes het. In 'n steenkoolmyn kan metaan wat uit die steenkoollaag vrykom, 'n soortgelyke ontploffing veroorsaak, wat dan dikwels 'n stofontploffing aan die gang sit. 'n Ketel wat oorverhit word, kan ontplof sonder enige chemiese reaksie hoegenaamd: die water daarin verdamp skielik wanneer die druk wegval, en dieselfde meganisme lê ten grondslag van party vulkaniese uitbarstings.
Klassifikasie Volgens snelheid: lae en hoë springstowwe 'n Springstof word volgens sy tempo van verbranding as 'n lae of 'n hoë springstof geklassifiseer: lae springstowwe deflagreer, dus brand hulle vinnig, terwyl hoë springstowwe detoneer. Om as 'n detonasie eerder as 'n blote deflagrasie te tel, moet die reaksie se skokgolf vinniger deur die materiaal beweeg as die spoed van klank in daardie materiaal, en dié snelheid is in 'n vloeistof of vaste stof gewoonlik ordes van grootte hoër as in lug.
By 'n deflagrasie word die ontbinding van die stof deur 'n vlamfront voortgeplant wat teen 'n subsoniese snelheid deur die materiaal beweeg. Onder gewone toestande deflagreer lae springstowwe teen tempo's wat van 'n paar sentimeter per sekonde tot sowat 0,4 km/s wissel, hoewel hulle onder hoër druk of temperatuur veel vinniger kan reageer – soos wanneer buskruit binne die beperkte ruimte van 'n koeëldop ontbrand en die koeël tot ver bo die klanksnelheid versnel. 'n Lae springstof is gewoonlik 'n mengsel van 'n brandbare stof en 'n oksideermiddel, en sulke stowwe word normaalweg as dryfmiddels gebruik: onder dié groep val buskruit, rookvrye kruit en ligte pirotegniek soos ligfakkels en vuurwerke.
Hoë springstowwe detoneer teen 'n snelheid van ongeveer 3 tot 9 km/s. TNT het byvoorbeeld 'n detonasiesnelheid van sowat 6,9 km/s, detonasiesnoer van 6,7 km/s en C-4 van sowat 8,0 km/s. Hoë springstowwe het geneig om die brandstof en die oksideermiddel in dieselfde molekule te hê, soos TNT, terwyl lae springstowwe soos buskruit mengsels van 'n brandstof (die swael en houtskool) en 'n oksideermiddel (die salpeter) is – wat juis veroorsaak dat die reaksiefront subsonies voortbeweeg. Hoë springstowwe word normaalweg in die mynbou, by sloping en vir militêre doeleindes gebruik.
Dryfspringstof en brisante springstof Die twee groepe staan in Afrikaans ook as dryfspringstof (die lae springstowwe) en brisante springstof (die hoë springstowwe) bekend. Die dryfspringstof word, soos die naam aandui, vir aandrywing gebruik, terwyl brisante springstof met sy versplinterende uitwerking vir vernietiging gebruik word.
Moderne dryfspringstof soos kordiet word vervaardig deur nitrogliserien en nitrosellulose (skietkatoen) te meng. Dit word gebruik in koeëls vir alle soorte vuurwapens en partykeer ook vir die aan die gang sit van vliegtuig- en dieselmasjiene.
Buskruit, die oudste plofstof en ook die maklikste om voor te berei, kan met 'n vonk of vlam aangesteek word. By die moderne plofstof word egter ander metodes gebruik.
Dryfspringstof kan ontsteek word deur 'n vlam afkomstig van 'n klein hoeveelheid plofstof in 'n slagdoppie (wanneer die sneller van 'n geweer getrek word, val die haan met 'n skerp slag teen die slagdoppie) of deur 'n buskruit-ontsteker. Hierdie meganisme bestaan uit 'n dun draadjie waaraan 'n stukkie buskruit geheg is. 'n Elektriese stroom word deur die draadjie gestuur, dit word warm en laat die buskruit ontbrand.
Die mees algemene brisante springstof is TNT (trinitrotolueen). Byna alle soorte brisante springstof word vervaardig deur die een of ander koolstofhoudende stof met salpetersuur te behandel.
Brisante springstof kan slegs deur 'n hewige skok ontsteek word. As mens dit bv. met 'n vuurhoutjie aansteek, sou dit net brand sonder om te ontplof. Slagdoppies, wat 'n lading bevat wat maklik ontbrand, bv. heksogeen, tetriel of knalkwik, word vir hierdie doel gebruik. Party grofgeskutkoeëls bevat brisante springstof. 'n Slagdop word voor aan die punt van die koeël aangebring. Wanneer die koeël dan sy teiken tref, word die brisante springstof ontbrand, dit ontplof en rig groot verwoesting aan.
Volgens sensitiwiteit Hoë springstowwe word volgens hul sensitiwiteit in twee klasse verdeel. 'n Primêre springstof is uiters sensitief vir prikkels soos slag, wrywing, hitte, statiese elektrisiteit of elektromagnetiese straling, en betreklik min energie is nodig om dit aan die gang te sit. As baie algemene reël word verbindings wat sensitiewer as PETN is, as primêr beskou; in die praktyk is hulle sensitief genoeg om betroubaar met 'n hamerslag geïnisieer te word. Sommige verbindings, soos stikstoftrijodied, is so sensitief dat hulle glad nie sonder detonasie gehanteer kan word nie.
Primêre springstowwe word dikwels in detonators gebruik of om groter ladings van minder sensitiewe sekondêre springstowwe aan die gang te sit. 'n Klein hoeveelheid – tipies enkele milligramme – is genoeg om 'n groter lading te inisieer wat gewoonlik veiliger is om te hanteer. Tersiêre springstowwe of slopingsmiddels, soos ammoniumnitraat en stookolie (ANFO), is so onsensitief dat hulle nie betroubaar deur 'n gewone detonator geïnisieer kan word nie en 'n tussenlading of versterker verg; hulle word wyd in die mynbou gebruik omdat hulle goedkoop en veilig is.
Volgens fisiese vorm Springstowwe word ook volgens die vorm gekenmerk waarin hulle vervaardig of gebruik word. Die algemene gebruiksvorme is perssels, gietsels, polimeergebonde springstowwe, plastiese springstowwe of stopmiddels, verrubberde en uitperspersbare vorme, binêre springstowwe wat eers by gebruik gemeng word, slopingsmiddels, slurries en jels, en dinamiet.
Eienskappe Om te bepaal of 'n springstof vir 'n bepaalde gebruik geskik is, moet sy fisiese eienskappe eers bekend wees. Van die belangrikstes is die volgende.
Sensitiwiteit